Investigadores descubren la principal diferencia entre las neuronas humanas y animales

Un nuevo estudio publicado en la revista “Nature”, desarrollado por la MIT, ha puesto de manifiesto que el cerebro humano, pese a tener una construcción compartida con el resto de los mamíferos, cuenta con un tipo de neuronas especiales

Neuronas del cerebro
Neuronas del cerebro
Las neuronas se comunican entre sí a través de impulsos eléctricos, que son producidos por canales iónicos que controlan el flujo de iones como el potasio y el sodio. En un nuevo hallazgo sorprendente, los neurocientíficos del MIT han demostrado que las neuronas humanas tienen un número mucho menor de estos canales de lo esperado, en comparación con las neuronas de otros mamíferos. Los investigadores plantean la hipótesis de que esta reducción en la densidad de canales puede haber ayudado al cerebro humano a evolucionar para operar de manera más eficiente, lo que le permite desviar recursos a otros procesos intensivos en energía que se requieren para realizar tareas cognitivas complejas. “Si el cerebro puede ahorrar energía al reducir la densidad de los canales iónicos, puede gastar esa energía en otros procesos neuronales o de circuitos”, dice Mark Harnett, profesor asociado de ciencias cerebrales y cognitivas, miembro del Instituto McGovern de Investigación del Cerebro del MIT y uno de los principales autores del estudio.
The McGovern Institute for Brain Research, at the Massachusetts Institute of Technology, in Cambridge, Massachusetts. - 70062036
El Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro, en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, en Cambridge, Massachusetts

En el estudio publicado el pasado miércoles por la revista “Nature”, el más extenso de su campo, Harnett y sus compañeros analizaron las neuronas de 10 mamíferos diferentes e identificaron un “plan de construcción” válido para todas las especies que observaron, excepto para los seres humanos. Descubrieron que, a medida que aumenta el tamaño de las neuronas, también aumenta la densidad de los canales que se encuentran en ellas. Sin embargo, las neuronas humanas demostraron ser la excepción a esta regla. “Estudios comparativos previos establecieron que el cerebro humano está construido como otros cerebros de mamíferos, por lo que nos sorprendió encontrar pruebas sólidas de que las neuronas humanas son especiales”, explica el estudiante recién graduado del MIT Lou Beaulieu-Laroche, autor principal del estudio.

Una neurona en pleno funcionamiento.
Una neurona en pleno funcionamiento.

Las neuronas en el cerebro de los mamíferos pueden recibir señales eléctricas de miles de otras células, y esa entrada determina si dispararán o no un impulso eléctrico llamado “potencial de acción”. En 2018, Harnett y Beaulieu-Laroche descubrieron que las neuronas humanas difieren de las de las ratas en algunas de sus propiedades eléctricas. Principalmente en unas partes de la neurona llamadas dendritas, unas antenas en forma de árbol que reciben y procesan la información de otras células. Uno de los hallazgos del estudio fue que las neuronas humanas tenían una menor densidad de canales iónicos que las neuronas en el cerebro de las ratas. Los investigadores se sorprendieron con este descubrimiento, ya que se suponía que la densidad del canal iónico era constante en todas las especies. En el estudio publicado esta semana, Harnett y Beaulieu-Laroche decidieron comparar neuronas de varias especies de mamíferos para ver si podían encontrar algún patrón que gobernara la expresión de los canales iónicos. Estudiaron dos tipos de canales de potasio y el canal de HCN, que conduce tanto el potasio como el sodio en neuronas piramidales de capa V, un tipo de neuronas excitadoras que se encuentran en la corteza cerebral.

Pudieron obtener tejido cerebral de 10 especies de mamíferos: musarañitas o musgaños enanos (uno de los mamíferos más pequeños conocidos), jerbosratonesratascobayashuronesconejostitíes y macacos, así como tejido humano extraído de pacientes con epilepsia durante una cirugía cerebral. Esta variedad permitió a los investigadores cubrir un amplio abanico de grosores corticales y tamaños de neuronas. Los investigadores encontraron que en la gran mayoría las especies de mamíferos que observaron, la densidad de los canales iónicos aumentaba a medida que aumentaba el tamaño de las neuronas. La única excepción encontrada fue en las neuronas humanas, que tenían una densidad de canales iónicos mucho menor de lo esperado. El aumento en la densidad de canales en todas las especies fue sorprendente, dice Harnett, porque cuantos más canales hay, más energía se requiere para bombear iones dentro y fuera de la célula. Sin embargo, comenzó a tener sentido una vez que los investigadores comenzaron a pensar en la cantidad de canales en base al volumen general de la corteza cerebral.

Un modelo 3D de neurona reconstruido a partir de datos de laboratorio. Las protuberancias son terminales presinápticas
Un modelo 3D de neurona reconstruido a partir de datos de laboratorio. Las protuberancias son terminales presinápticas
En el diminuto cerebro de la musarañita, que está repleto de pequeñas neuronas, hay más neuronas que en el tejido del cerebro del conejo, que tiene neuronas mucho más grandes. Pero debido a que las neuronas del conejo tienen una mayor densidad de canales iónicos, la densidad de estos canales en el volumen de tejido es la misma en ambas especies, o en cualquiera de las especies, a excepción de los humanos, que analizaron los investigadores. “Este plan de construcción es consistente en nueve especies de mamíferos diferentes”, explica Harnett, a lo que añade: “Lo que parece que la corteza está tratando de hacer es mantener el mismo número de canales iónicos por unidad de volumen en todas las especies. Esto significa que para un volumen determinado de corteza, el costo energético es el mismo, al menos para los canales iónicos”.

Más eficientes

Sin embargo, en el cerebro humano, en lugar de una mayor densidad de canales iónicos, los investigadores encontraron una disminución dramática en la densidad de canales iónicos para el volumen de nuestra corteza. Los investigadores creen que esta densidad más baja puede haber evolucionado como una forma más eficiente de gastar energía en el bombeo de iones, lo que permite que nuestro cerebro use esa energía para otra cosa, como crear conexiones sinápticas más complicadas entre neuronas o disparar potenciales de acción a un ritmo mayor. “Creemos que los humanos han evolucionado a partir de este plan de construcción que anteriormente restringía el tamaño de la corteza, y descubrieron una manera de volverse más eficientes energéticamente, por lo que gastas menos ATP por volumen en comparación con otras especies”, dice Harnett. A raíz de la investigación, los científicos esperan poder encontrar dónde podría ir esa energía adicional y si existen mutaciones genéticas específicas que ayuden a las neuronas de la corteza humana a lograr tal eficiencia. Además de explorar si las especies de primates que están más estrechamente relacionadas con los humanos muestran disminuciones similares en la densidad de los canales iónicos.

LA NEURONA: Clasificación, estructura y funciones. MultiChannel

22 Comentarios

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  1. La investigación solo nos va confirmando como es el desarrollo del cerebro humano a lo largo de los años, este tipo de estudios que se realizan entre variadas especies de animales nos brindara pistas para llegar a un resultado final donde podremos saber como fue de un principio nuestra actividad cerebral. Esperemos que esta investigación sea apoyada económicamente por diferentes organismos para poder seguir realizando las diferentes pruebas que son necesarias para seguir conociendo los misterios de nuestro cerebro y sus funciones.

  2. Las neuronas se comunican entre sí a través de impulsos eléctricos, que son producidos por canales iónicos que controlan el flujo de iones como el potasio y el sodio. En el estudio rescatado por este articulo se tiene como resultado algo sorprendente. Por contrario a lo que muchos científicos creían, los humanos tenemos un menor número de estos canales iónicos de lo esperado. Esto nos hace plantear la hipótesis de que el cerebro humano a evolucionado para poder operar de manera mas eficiente; sin embargo, el estudio nos deja las puertas abiertas para la realización de otra investigación que buscará resolver la pregunta: ¿A donde se va la energía que se ahorra en estos canales iónicos?. Muy interesante articulo con preguntas abiertas para invitarnos a seguir investigando.

  3. Sin duda alguna, un gran artículo, donde nos muestra que el cerebro del ser humano es excepcionalmente único, posee características muy complejas en relación con el resto de las especies animales Las capacidades de los seres humanos, es sumamente especifica de nuestra especie, ya que podemos pensar en términos muy complejos, ser creativos y crear artefactos tecnológicos que facilitan nuestra vida, también somos la única especie con la capacidad de poder estudiar a otros animales y su comportamiento; al parecer, la cualidad especial de nuestra gran capacidad cognitiva no proviene del tamaño del cerebro en cuanto a su masa, sino en cuanto a la cantidad de neuronas que contiene. Es así como lo podemos observar en la investigación desarrollada por la MIT (Massachusetts Institute of Technology) donde nos dan a conocer que a través de una minuciosa investigación, las neuronas que tenemos todas las personas tienen una diferencia muy individual a las neuronas de los animales e incluso de nuestro pariente más cercano en chimpancé, donde esto nos ayuda a entender que todavía hay muchas cosas más por conocer dentro de nuestro cuerpo y que si lo desarrollamos damos por hecho que descubriremos más cosas.

  4. Un artículo muy interesante de que nos dice de unaa nueva hipótesis sugiere que esto ayuda a mejorar la eficiencia del cerebro humano, lo que le permite transferir recursos a otros procesos intensivos en energía necesarios para realizar tareas cognitivas complejas.
    En otras palabras, el cerebro humano puede usar la misma energía que otros cerebros de mamíferos para funcionar, pero realizar procedimientos más complejos. Se ha logrado un gran avance en experimentos en el campo de la neurociencia y la farmacología de las enfermedades neuronales.

    • Gracias por el comentario y preferencias. Éxitos profesionales en esta nueva fase de tu vida en el campo de la gestión.

  5. Si bien el origen de raza humana, es resultado de millones de años de evolución que les permitió abandonar la capacidad primitiva animal que se poseía, por el mismo hecho de ser descendientes de un animal. Pero en el caso de los humanos, este proceso de evolución le ha permitido no solo mejorar sus capacidades físicas, sino lo mas importante y es motivo del artículo, la capacidad semántica que han logrado desarrollar los humanos y que los diferencia tajantemente de los animales.

    • Gracias por tu comentario y preferencia, éxitos profesionales en esta nueva etapa de tu vida en el campo de la gestión.

  6. Muy interesabte aprender cosa nuevas sobre la ciencia. Los investigadores pudieron obtener tejido cerebral de 10 especies de mamíferos: musarañitas o musgaños enanos (uno de los mamíferos más pequeños conocidos), jerbos, ratones, ratas, cobayas, hurones, conejos, titíes y macacos, así como tejido humano extraído de pacientes con epilepsia durante una cirugía cerebral. Esta variedad permitió a los investigadores cubrir un amplio abanico de grosores corticales y tamaños de neuronas. Los investigadores encontraron que en la gran mayoría las especies de mamíferos que observaron, la densidad de los canales iónicos aumentaba a medida que aumentaba el tamaño de las neuronas. La única excepción encontrada fue en las neuronas humanas, que tenían una densidad de canales iónicos mucho menor de lo esperado. Excelente artículos de difusión científica.

  7. La investigación se desarrolló analizando en directo la actividad dendrítica en tejido cerebral vivo de seres humanos, obtenido como consecuencia de intervenciones quirúrgicas realizadas a pacientes con epilepsia.
    Estas observaciones fueron comparadas con las efectuadas en cerebros de ratas para determinar si una distancia mayor para el recorrido de la señal alteraba significativamente su potencia.
    Las dendritas humanas se han alargado en la misma medida en la que el cerebro humano ha evolucionado, por lo que las señales eléctricas tienen que viajar mucho más lejos para encontrar el soma de la neurona.
    Por este motivo, una señal que procede de una dendrita es más débil que otra señal que proceda de cualquier otra parte de la neurona, al mismo tiempo que los canales por los que circula la información trabajan a una densidad menor que en otros animales.

  8. Una investigación desarrollada en el MIT ha descubierto que el ser humano es más inteligente que otros animales no porque tenga más neuronas o un córtex mayor, sino por la actividad eléctrica de las dendritas, que es la que marca la diferencia.
    Analizando tejido cerebral humano vivo, estos investigadores observaron que cuando la información llega al extremo de una dendrita del cerebro humano, tiene que hacer un largo recorrido a través de los canales iónicos que sirven de soporte a la señal.
    Esa distancia ocasiona que la señal recibida se debilite y que la intensidad de tráfico a lo largo de los canales iónicos también descienda, provocando una situación única: las diferentes dendritas tienen que decidir en cada momento qué hacer con la información que han recibido.
    Es posible que a lo largo del recorrido de la señal la dendrita dispare una señal eléctrica o no y esa decisión es tomada colectivamente por un conjunto de dendritas. Eso obliga a las dendritas a desplegar una capacidad de cálculo que es el origen de la diferencia entre la inteligencia humana y la de otros animales, según los resultados de esta investigación.

  9. Los investigadores del Instituto científico neuroral mas prestigioso del mundo plantean la hipótesis de que esta reducción en la densidad de canales puede haber ayudado al cerebro humano a evolucionar para operar de manera más eficiente, lo que le permite desviar recursos a otros procesos intensivos en energía que se requieren para realizar tareas cognitivas complejas. “Si el cerebro puede ahorrar energía al reducir la densidad de los canales iónicos, puede gastar esa energía en otros procesos neuronales o de circuitos”, dice Mark Harnett, profesor asociado de ciencias cerebrales y cognitivas, miembro del Instituto McGovern de Investigación del Cerebro del MIT y uno de los principales autores del estudio. Un gran avance para el hombre como para los otros seres de la creación.

  10. Un gran avance en el campo neurocientífico y farmacológico para enfermedades neurorales en los experimentos. Las neuronas se comunican entre sí a través de impulsos eléctricos, que son producidos por canales iónicos que controlan el flujo de iones como el potasio y el sodio. En un nuevo hallazgo sorprendente, los neurocientíficos del MIT han demostrado que las neuronas humanas tienen un número mucho menor de estos canales de lo esperado, en comparación con las neuronas de otros mamíferos.